JP3759325B2 - 溶接トーチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプ円周自動溶接装置等の溶接ヘッドにおける溶接トーチに関する。特には、溶接ワイヤが母材（被溶接材）に突き当たったときに、溶接ワイヤが受ける衝撃を吸収し、座屈を防止することができる溶接トーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接ワイヤをコンジットケーブルを介して自動的に溶接トーチに送る機構を有する溶接ヘッドにおいては、ワイヤリールから溶接トーチまでのワイヤ送り方式に２つの方式がある。１つはプッシュ方式であり、他の１つはプル方式である。プッシュ方式では、リールからほぐしたワイヤを矯正した後、コンジットケーブルの手前でプッシュローラによりワイヤをコンジットケーブルに押し込む。プル方式では、コンジットケーブル出側の溶接トーチにプルローラを付設して、コンジットケーブル内のワイヤを引っ張る。
【０００３】
プッシュ方式は、トーチの構造が簡単で小型軽量とできるが、ワイヤがコンジットケーブル中で座屈しやすいため、ワイヤの送りにスムーズさが欠けやすい。プル方式は、その逆に、トーチの構造が複雑で重くなりやすいが、ワイヤがコンジットケーブル中で座屈しないので、ワイヤ送りがスムーズになるとともにアークへのワイヤ供給も安定する。
【０００４】
ところで、ワイヤ供給のスムーズさが損なわれることにより、アークの不安定や溶融池の乱れ等が引き起こされ、様々な溶接不良につながることが指摘されている（溶接学会誌、第４１巻、第９号、１０５５〜）。したがって、安定的に高品質の溶接を行うには、ワイヤ送給機構のさらなる改良が求められている。
特に、コンジットケーブルのアール部におけるワイヤとケーブルとの摩擦が大きく、アールを小さくしようとすると、この摩擦は急に顕著となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、この種の溶接トーチにおいては、ワイヤ供給のスムーズさを常時確保することが極めて重要である。しかしながら、プッシュ方式、プル方式のいずれの場合においても、連続的に送給されている溶接ワイヤが母材（被溶接材）に突き当たったときには、溶接ワイヤが衝撃を受ける。すると、この衝撃により溶接ワイヤが出側において座屈してしまう。一方、入側からは連続して溶接ワイヤが送給されているから、座屈状態を放置すると、ワイヤが複雑に屈曲して絡まってしまうという問題があった。
【０００６】
さらに、溶接ワイヤがスムーズに供給されているか否かを確認するのは、全て人手により行っていた。そして、ワイヤの座屈が確認された場合は、溶接トーチの全ての運転を一旦停止させなければならなかった。このため、工期の長期化や経費の助長を引き起こすという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような観点に着目してなされたものであり、溶接ワイヤが母材（被溶接材）に突き当たったときに、溶接ワイヤが受ける衝撃を吸収し、座屈を防止することができる溶接トーチを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の溶接トーチは、 溶接ワイヤを溶接点に向けて送り出す溶接チップと、 この溶接チップの中央に向けて上記溶接ワイヤを屈曲するワイヤ屈曲部と、 上記溶接ワイヤを送給するワイヤ送給機構と、 を備える溶接トーチであって； 上記ワイヤ送給機構中に過大な送り力が生じた場合に滑るクラッチが設けられていることを備えることを特徴とする。
クラッチが滑ることにより、ワイヤ送給機構中の過大な送り力を吸収することができる。したがって、溶接ワイヤの座屈を回避するとともに、同ワイヤのつまりを防ぐことができる。
【０００９】
本発明の溶接トーチにおいては、 上記ワイヤ送給機構は、 屈曲される曲げアールの内径側に配置された、該曲げアールとほぼ同じ半径の内ローラと、 該内ローラの外周に配置された、上記溶接ワイヤを内ローラ方向に押す複数の外ローラと、 を備え、 上記クラッチが上記内ローラと同軸上に設けられることとすることができる。
曲げアールとほぼ同じ半径の内ローラを備え、クラッチと内ローラと同軸上に設けることで、溶接ヘッドの高さを低く抑えることができる。
【００１０】
さらに、本発明の溶接トーチにおいては、上記クラッチは、駆動源に連設されて回転駆動する回転体と、該回転体に対向して設置されたクラッチ盤と、を備え、上記回転体に複数の突起体を設けるとともに、上記クラッチ盤に上記突起体と係合可能な孔を形成することとできる。
通常の溶接ワイヤの送給時には、突起体と孔とが係合し、回転体とクラッチ盤とが一体化する。この場合、駆動源の駆動力がクラッチを介してワイヤ送給機構（内ローラ）に伝達される。一方、溶接ワイヤが母材（被溶接材）に突き当たる等をして、ワイヤ送給機構中に過大な送り力が生じた場合には、突起体と孔との係合が解除され、回転体とクラッチ盤とが離れることで、過大な送り力が吸収される。
【００１１】
また、本発明の溶接トーチにおいては、 上記突起体の先端を円錐形に形成するとともに、上記孔を該突起体の先端と係合可能なすり鉢状に形成することができ、さらに、 上記突起体を上記クラッチ盤側に向けて付勢する付勢手段を備えることができる。
突起体と孔との係合及び係合解除をスムースにすることができる。さらに、付勢手段により、一旦過大な送り力が生じたワイヤ送給機構を、通常状態に復帰させるのが容易になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る溶接トーチの一例を示す一部断面側面図である。図２は溶接トーチの一部断面正面図である。図３は溶接トーチの一部断面平面図である。図４は溶接トーチの一部断面上面図である。
【００１３】
図１〜４に示すように、溶接トーチ１はガイドハウジング１００を備えている。このガイドハウジング１００は、アルミニウム製の平板からなるフレーム１１０と、このフレーム１１０に対向したカバー１２０と、これらフレーム１１０及びカバー１２０間のローラユニット１３０とを備えている。ローラユニット１３０は、フレーム１１０の図２における左端寄りに固定された基体１４０と、同フレーム１１０の図２における右端寄りに固定された絶縁ブロック１５０と、これら基体１４０及び絶縁ブロック１５０間のスイングアーム１６０とからなる。スイングアーム１６０は、支軸１５１により基体１４０に回動可能に取り付けられている。また、同スイングアーム１６０は、蝶ネジ１５５により絶縁ブロック１５０に固定される。
【００１４】
このガイドハウジング１００内側には、ワイヤ屈曲部１３が設けられている。ワイヤ屈曲部１３は、図２に示すように、ワイヤ屈曲の経路の外側に沿って配置された４個の外ガイドローラ１５−１〜４と、同経路の内側に配置された１個の内ローラ１７と、同経路の内側で且つ最も出側に配置されたストレートナーローラ２５とから構成されている。これら各ローラにおいて、内ローラ１７はセラミックス製であり、モータ駆動機構１２１に連設されて回転駆動するようになっている。
【００１５】
モータ駆動機構１２１は、図１、３に最もよく示すように、フレーム１１０の外側に取り付けられたカバー１２７内に収納されている。カバー１２７は、フレーム１１０側（図１の右側）に円筒状をしたスリーブ部１２８を備えている。このスリーブ部１２８の外側には、ベークライト（フェノール樹脂）製のブッシュ１２３が外嵌されている。同ブッシュ１２３には、軸方向に貫通した複数のボルト用孔１２３ａが形成されている。これらボルト用孔１２３ａには、それぞれボルト５４が挿通可能になっている。そして、同ボルト５４により、カバー１２７のスリーブ部１２８がブッシュ１２３を介してフレーム１１０に取り付けられている。より詳しくは、図１の上側のボルト５４ａは、ブッシュ１２３側から挿通されてフレーム１１０に螺着されている。また、図１の下側のボルト５４ｂは、ブッシュ１２３側から挿通されてスリーブ部１２８下側に螺着されている。
なお、ベークライト製のブッシュ１２３により、フレーム１１０とカバー１２７は電気的に絶縁される。
【００１６】
カバー１２７のスリーブ部１２８内側には、ベアリング５５を介してシャフト４３が挿通支持されている。このシャフト４３は、右端（図１の右端）側がガイドハウジング１００側に延びて内ローラ１７を固定支持し、左端（図１の左端）側がカバー１２７奥側に延び、ベアリング６１により支承されている。同シャフト４３の左端側には、クラッチ機構６０が設けられるとともに、モータ駆動機構１２１に連設されている。これにより、モータ駆動機構１２１の駆動力が、クラッチ機構６０及びシャフト４３を介して内ローラ１７に伝達されるようになっている。
【００１７】
クラッチ機構６０は、クラッチギア４７とクラッチ盤４８とから構成されている。クラッチギア４７は、シャフト４３の最も左端（図１の左端）寄りにおいて、黄銅製の支持スリーブ６２を介して取り付けられている。支持スリーブ６２は、ピン６２´によりシャフト４３に固定されている。さらに、クラッチギア４７は、クラッチユニット６３を備えている。このクラッチユニット６３は、クラッチギア４７に螺着されたクラッチスリーブ６４と、このクラッチスリーブ６４の内側に弾設されたバネ６５と、このバネ６５の先端に取り付けられた突起体６６とから構成される。バネ６５は、突起体６６をクラッチ盤４８側（図１の右側）に向けて付勢している。突起体６６の先端は、円錐状に鋭利に形成されている。このようなクラッチユニット６３は、クラッチギア４７の周方向に互いに９０°離れて４個設けられている。
【００１８】
また、クラッチ盤４８は、円筒部４８ａ及び盤部４８ｂを有する鍔付きスリーブ状をしている。同クラッチ盤４８は、クラッチギア４７とスリーブ部１２８との間において、ピン４８´によりシャフト４３に固定されている。このクラッチ盤４８の盤部４８ｂには、各クラッチユニット６３の突起体６６先端に対応した、すり鉢状の係合孔６７が形成されている。
【００１９】
クラッチギア４７は、下方のギア４９と噛み合っている。ギア４９はもう一本のシャフト５１と連結されている。このシャフト５１は、左方に延びるトーチアーム５３内を通ってサーボモータ（図示されず）まで延びている。したがって、内ローラ１７は任意の回転数で回転駆動される。なお、クラッチギア４７とギア４９は同じ歯数であり、減速のためのものではなく、シャフトの位置をオフセットさせるためのものである。
【００２０】
一方、外ガイドローラ１５−１〜４とストレートナーローラ２５は非駆動で、材質ＳＫ３（表面焼入れ）からなる。外ガイドローラ１５−１、１５−２、１５−４とストレートナーローラ２５の外周には、ワイヤ２を中央にガイドするためのグルーブ１５ａ、２５ａが形成されている。なお、外ガイドローラ１５−３のみはグルーブのないローラである。
外ガイドローラ１５−１、１５−２は、スイングアーム１６０の内側スペースに個別に配置されている。
【００２１】
外ガイドローラ１５−３は、基体１４０に設けたプッシュ機構７０に支持されている。プッシュ機構７０は、基体１４０の内外面に亘って貫通した穴１４１に配置されている。同プッシュ機構７０はスリーブ７１を備え、このスリーブ７１に外ガイドローラ１５−３が取り付けられている。このスリーブ７１には、ノブ７５を備えた軸７３が挿通されている。そして、基体１４０に固定された固定片７２とスリーブ７１に形成された突片７１ｂとの間には、戻しバネ（コイルバネ）７４が弾設されている。一方、スリーブ７１と軸７３に形成された段部７３ａとの間には、押しバネ（皿バネ）７９が弾設されている。戻しバネ７４は、スリーブ７１を穴１４１内に引き込む方向（したがって外ガイドローラ１５−３を基体１４０に近付ける方向）に付勢している。
【００２２】
軸７３のおねじ７３ｂが螺進する方向にノブ７５を回すと、段部７３ａにより押しバネ７９が縮み、これにより生じる弾性力がスリーブ７１を押し出す方向に付勢する。これと同時に戻しバネ７４も縮むが、これにより生じる弾性力はスリーブ７１を引き込む方向に付勢する。これら相反する弾性力が釣り合った状態で、外ガイドローラ１５−３の位置が決まる。
【００２３】
外ガイドローラ１５−４は、スライド機構９０に支持されている。このスライド機構９０は、基体１４０の係合穴１４５に配置された支持ブラケット９７を備えている。同支持ブラケット９７は、右端側（図２の右側）に突出した２つの突片９７ａにより、外ガイドローラ１５−４を支持している。そして、基体１４０に固定された固定片８７と支持ブラケット９７に形成された突片９７ｂとの間には、戻しバネ（コイルバネ）９８が弾設されている。戻しバネ９８と支持ブラケット９７は、戻しバネ７４とスリーブ７１の関係と同様の意味を持つ。一方、基体１４０の一部には、支持ブラケット９７を係合穴１４５内においてスライドさせるスライドノブ９１を備えている。また、ストッパ９９は、支持ブラケット９７の端面に当接可能に設けられている。
【００２４】
スライド機構９０は、スライド９１を回すことにより、支持ブラケット９７を押し出すようになっている。このとき、戻しバネ９８も縮み、これにより生じる弾性力は支持ブラケット９７を引き込む方向に付勢する。支持ブラケット９７の押し出し量が決まった時点で、ストッパ９９を操作して支持ブラケット９７の移動を阻止する。これにより、外ガイドローラ１５−４の位置が決まる。
【００２５】
ストレートナーローラ２５は、内ローラ１７の直下で調整プレート１１５に取り付けられている。調整プレート１１５は、横方向に延びる２つの長穴１１５ａ（図２参照）を有し、これら長穴１１５ａにおいてプレート１１０に取り付けられている。この調整プレート１１５は、長穴１１５ａに沿って横方向に変位可能である。
ストレートナーローラ２５は、左上の外ガイドローラ１５−４と対をなして、ワイヤ屈曲部１３で付けられたワイヤ２の曲りグセを矯正するストレートナーの役割を果たす。
【００２６】
ストレートナーローラ２５を出たワイヤ２は、ロート口部２６からシールドガスノズル３５内に入り、同ノズル内下端の溶接チップ３７を通って下方に突き出され、パイプの開先内に供給される。ノズル３５とチップ３７の間にはシールドガス通路３６が形成されている。なお、符号３１は、ワイヤ２に溶接電流を供給する給電部である。
【００２７】
次に上記の構成からなる溶接トーチ１の作用について説明する。
この溶接トーチ１においては、右上のコンジットケーブル３から供給された溶接ワイヤ２が、ワイヤ屈曲部１３で下向きに屈曲され、ストレートナーローラ２５を通って、溶接チップ３７から下に突き出される。
【００２８】
通常の溶接ワイヤ２の送給時には、クラッチ機構６０において、クラッチギア４７の突起体６６とクラッチ盤４８の係合孔６７とが係合している。したがって、図示しないサーボモータの駆動力がギア４９を介してクラッチギア４７に伝達され、さらにクラッチギア４７の回転がクラッチ盤４８を介してシャフト４３に伝達される。これにより、内ローラ１７が回転駆動し、溶接ワイヤ２は順次送給されていく。
【００２９】
この状態から、溶接ワイヤ２が母材（被溶接材）に突き当たる等をして、ワイヤ屈曲部１３において過大な送り力が生じたとする。すると、この送り力の衝撃により、クラッチギア４７の突起体６６とクラッチ盤４８の係合孔６７との係合が解除される。このとき、シャフト４３は、ベアリング５５のみで支持さた状態となり、クラッチギア４７は、支持スリーブ６２を滑りながら回転する。
【００３０】
そして、クラッチギア４７における突起体６６の円錐状の先端に対して、すり鉢状の係合孔６７が滑る。さらに、突起体６６を付勢しているバネ６５の弾性力に反して、クラッチ盤４８の盤部４８ｂにより、突起体６６はクラッチスリーブ６４内に押し込まれる。これにより、クラッチギア４７とクラッチ盤４８とがスムースに離れる。したがって、図示しないサーボモータの駆動力は、クラッチギア４７とクラッチ盤４８との間において遮断され、シャフト４３及び内ローラ１７は回転しなくなる。このため、溶接ワイヤ２の座屈が回避され、ワイヤつまりが防止される。
【００３１】
さらに、一旦係合解除されたクラッチ機構６０においては、クラッチギア４７は回転し、クラッチ盤４８（及びシャフト４３）は停止した状態となっている。この後、クラッチギア４７が所定量回転し、クラッチ盤４８の係合孔６７の位置に突起体６６が達したとき、バネ６５の弾性により突起体６６が押し出され、これらが再び係合する。このようにして、通常のワイヤ送給状態に自動的に復帰する。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、溶接ワイヤが母材（被溶接材）に突き当たったときに、溶接ワイヤが受ける衝撃を吸収し、座屈を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で説明した溶接トーチの一例を示す一部断面側面図である。
【図２】同溶接トーチの一部断面正面図である。
【図３】同溶接トーチの一部断面平面図である。
【図４】同溶接トーチの一部断面上面図である。
【符号の説明】
１ 溶接トーチ ２ 溶接ワイヤ
３ コンジットケーブル １３ ワイヤ屈曲部
１５ 外ガイドローラ １７ 内ローラ
３７ 溶接チップ ４３ シャフト
４７ クラッチギア ４８ クラッチ盤
４９ ギア ６０ クラッチ機構
６５ バネ ６６ 突起体
６７ 係合孔 １２１ モータ駆動機構

Claims (5)

1. 溶接ワイヤを溶接点に向けて送り出す溶接チップと、
   この溶接チップの中央に向けて上記溶接ワイヤを屈曲するワイヤ屈曲部と、
   上記溶接ワイヤを送給するワイヤ送給機構と、
   を備える溶接トーチであって；
   上記ワイヤ送給機構中に過大な送り力が生じた場合に滑るクラッチが設けられていることを備えることを特徴とする溶接トーチ。
2. 上記ワイヤ送給機構は、
   屈曲される曲げアールの内径側に配置された、該曲げアールとほぼ同じ半径の内ローラと、
   該内ローラの外周に配置された、上記溶接ワイヤを内ローラ方向に押す複数の外ローラと、
   を備え、
   上記クラッチが上記内ローラと同軸上に設けられていることを特徴とする請求項１記載の溶接トーチ。
3. 上記クラッチは、
   駆動源に連設されて回転駆動する回転体と、
   該回転体に対向して設置されたクラッチ盤と、
   を備え、
   上記回転体に複数の突起体を設けるとともに、上記クラッチ盤に上記突起体と係合可能な孔を形成してなることを特徴とする請求項１又は２記載の溶接トーチ。
4. 上記突起体の先端を円錐形に形成するとともに、上記孔を該突起体の先端と係合可能なすり鉢状に形成したことを特徴とする請求項３記載の溶接トーチ。
5. 上記突起体を上記クラッチ盤側に向けて付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項３又は４記載の溶接トーチ。

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